Леса юго-запада Ленинградской области на нечеткой карте

В картографии есть две традиции, которые явно противоречат друг другу. Во-первых, любая карта должна быть дискретной и однозначной в том смысле, что любой ее точке всегда можно было-бы дать определенную трактовку. С другой стороны, карта должна объективно отражать особенности исходной местности. Но что, делать если эти особенности сами по себе неоднозначны и необъективны? Как, например, правильно создать карту удовлетворенности людей жизнью? Ведь странно представить себе, что по левую сторону границы люди плавают в эйфории счастья, а по правую с утра до вечера жрут говно и ненавидят вселенную. Между тем, все современные карты строятся именно так.

Я десятый год говорю о ценности нечеткости как технологического решения. И даже добился в этом немалого успеха, например, популярности стикера «нечеткое тегирование» в телеграмм-канале OpenStreetMapRu. Слово «нечеткое» у картографов имеет столь отрицательную коннотацию, что каждый раз мне приходится начинать свое объяснение заново. Может быть более правильным было-бы использовать такой термин как «фаззи-карта» или «континуальный стиль», но я не мастер в словесном жонглировании. Поэтому нечеткую карту обычно представляют себе так:

На мои протесты обычно отзываются предложением, мол если мы не правы, то покажи нам такую карту. И это справедливо. Давайте же раскрасим карту OpenStreetMap в нечеткие цвета. Возьмем сотню точек с присущими им данными о растительности:

Каждая точка находится в лесу и описывает его породный состав таким образом: С(s)Е(e)Б(b)О(o), где С,Е,Б,О — это основные преобладающие породы (сосна, ель, береза, осина), а буквы в скобках — коэффициенты истинности, которые отражают правдивость суждения о том, что лес состоит из данной породы. Например чистый сосновый бор будет выглядеть так: С(1)Е(0)Б(0)О(0). А вот пример обычного березняка с примесью осины и елки: С(0)Е(0,1)Б(0,7)О(0,2). Опытные люди сразу уловят в этой нотации формулу состава древостоя и будут абсолютно правы, поскольку в данном случае я рассматриваю самый простой подход, при котором суммарная истинность константна. Кроме того, каждой точке присвоены данные по запасу. Это не обязательно, но позволит сделать наш пример еще показательнее.

Конечной целью нашей работы будет карта лесов юго-запада Ленинградской области. Прежде чем мы начнем, замечу, что приведенные выше точки были получены в полевых работах и соответствуют действительности. Но при их отборе я руководствовался иными, нежели составление этой карты целями, а потому для результата неминуемо будет характерна ошибка выжившего. Это не имеет значения для анализа картографических экзерсисов, но следует учитывать, если вы планируете использовать сущностные данные карты.

Итак, шаг первый. Вспомним что такое интерполяция и создадим на основе точек растры распространения каждой породы. Вот так будет выглядеть результат интерполяции данных по еловым лесам. Чем прозрачнее, тем меньше леса в этом районе похожи на еловые:
Ельники

Нам потребуется пять таких растров. Четыре растра раскрасим по градиенту прозрачности цвета, принятого для обозначения породы на лесотаксационных картах (сосна — оранжевый, ель — фиолетовый, береза — синий, осина — зеленый). Пятый растр будет у нас интерполяцией по запасу. Его мы раскрасим по градиенту от белого с прозрачностью 60% до прозрачного белого. Это позволит нам отличать густые леса от редкостойных, даже если их состав одинаков.

Теперь очередь за данными OpenStreetMap. Просто подложка Mapnik-a, нам не подойдет если мы хотим сохранить на карте дороги, названия, гидрографию и прочие объекты. Поэтому скачиваем через оверпасс исходные данные и настраиваем черновой стиль.
данные OSM

Прежде чем мы начнем компоновку, нам придется удалить из всех слоев мелкие объекты, создающие лишний шум. Полигоны лесов мы будем использовать в качестве маски. Это можно сделать путем изменения геометрии, но хвала небесам, в QGis есть возможность инвертирования полигонов. Остается только наложить слои друг на друга в нужном порядке и немного поправить стиль:

А потом еще раз поправить стиль. И вот тут еще. И дороги плохо выглядят. И тут тоже следует исправить. Так, спустя семьдесят шесть вариантов стиля приходим к результату, который можно считать приемлимым (хотя все-равно говно):

Теперь перекинем все в GIMP и довершим оформление, добавив рамку, легенду и прочую необходимую атрибутику. Особенно сложно с легендой. Если бы у нас было две породы, достаточно было бы просто наложить на вертикальный градиент одной породы, горизонтальный градиент другой. С четырьмя породами такой подход не работает. Я потратил на это много времени, но в итоге все-равно получился фейл, который остался на карте только потому что он похож на хипстотный логотип склада контейнеров.

Привет джипег!
легенда

Вот собственно и все. Осталось нарезать эту карту на тайлы и наслаждаться знанием о том, как сосняки сменяются ельниками, а березняки осинниками.

В полном размере карту можно посмотреть по этой ссылке.

— Но тут же не видно четких границ? Что толку от такой карты, если я никогда не пойму ельник в этом районе или березняк?
— В том-то и дело, что если по карте вы не можете однозначно назвать породный состав, то у вас это не выйдет и на местности. Что по карте? Какая-то смесь из елки, осины и березы? Ну так и в лесу тоже самое.

Любая карта всегда двойственна в плане передачи информации. С одной стороны она передает читателю точную информацию (например, название населенных пунктов или ширина дороги), с другой стороны, иллюстрирует общую ситуацию на местности (много зеленого — лесной район, много дорог и населенных пунктов — заселенная территория). Каждый из этих информационных каналов требует отдельного подхода. Глупо демонстрировать нечетким образом грузоподъемность мостов, но не меньшая глупость — прорисовывать границы там, где они нахрен не нужны. В этом и заключается основной принцип нечеткой картографии.

Степь у хутора Ботановский

Форма аскетизма. Петербург-Ботановский

Только насилием, силой и неумолимостью можно вырвать у природы ее заветные тайны
Ницше

С наступлением двадцать четвертого дня экспедиции я понял, что окончательно заблудился. Через десять минут после полуночи батарея в фонаре полностью иссякла, позволив темноте окружить меня со всех сторон. В гортани сгустился комок из смеси страха и покинутости — я был совершенно один посреди огромного поля. Уютно спавший вдали хутор светился столбом уличного освещения, только добавлял тревоги. С каждым шагом я все дальше уходил от него, пытаясь разглядеть на противоположной стороне поля редкие тополя, которыми Чир окружал себя уже несколько дней подряд.

Иногда я выходил на старые дороги и пытался идти по ним. Но буквально через сотню метров очередная найденная дорога делала поворот, уводя в противоположную сторону от моей цели. Обнаружив очередное разочарование я стиснув зубы вступал в холодную от ночной росы траву, скользил по пахотной грязи и путался в остатках веревочных ограждений. Каждый шаг, особенно неудачный — когда нога проваливалась в мокрую борозду, отдавал сильной болью. Пучки стерни, вонзались между содранной кожей ступней и дешевыми китайскими шлепками будто раскаленные иглы. Лямки пакета, который я нес на манер рюкзака сковывали движение, а тысячи звезд над головой нисколько не нагревали мокрую куртку. Я мучительно делал шаг за шагом, но тополя у реки не приближались, будто это поле было вечным. Вселенная сократилась до гигантского острова на одном конце которого росли недостижимые деревья, а на другом сливался со звездным небом далекий хуторский фонарь.

Трудно осознать причины, которые перенесли тогда перенесли меня в это черное поле. Да и нет особого смысла их выделять. Каждая отдельная причина эмергируя переплетется с другой, создавая такой каскад Фибоначчи, что разумнее будет просто рассказать вам эту длинную историю с самого начала. А вы уж сами решайте, стоит ли ваше внимание того, что-бы разбираться в материалах Чирской географической экспедиции случившейся девять месяцев назад.

Началось все в питерской бане у Кондратьевского рынка. Точнее, все началось еще раньше, но только там сформировалось то будущее, которое направило поезд истории по нашему пути. Мы с моим другом и коллегой Даниилом только вышли из парилки, сделали по большому пивному глотку и принялись обсуждать обычные в таком случае пустяки.

— Эти дебилы достали со своей сигнализацией. Там тетка одна, заведующая, сидит. Гундит каждый раз: «Включайте сигнализацию перед выходом». А мне оно нахера? Я ее принципиально не включаю. Причем остальные тоже, мол как же, сигнализацию не включил!
— Ну а что, привыкли. Это же до автоматизма доводится, помнишь как в опыте с блохами в банке.
— Да ну. Бюджетники, что с них взять. Тупо сидят весь день, нихера не делают. Попробуй раньше времени домой уйти, даже если все сделал — вой поднимут, дескать совсем обнаглел. Это сейчас зима была, а летом там вообще невыносимо будет. Лучше на рыбалку куда-нибудь уехать.
— Так, кто спорит-то? На рыбалку конечно лучше. Я в прошлом году по Аксаю три дня плыл — красотииищщща! Народу-никого, спокойствие. Вода тихая-тихая. В этом году по Чиру собираюсь. Там побольше, четыреста километров, но зато десять дней без суеты, без мудаков. Плыви себе, рыбу лови, да пробы закладывай с описаниями.
— А что ты там хочешь сделать?
— В основном керны отобрать. Донская система усыхает в последние годы сильно, никто толком не понимает в чем дело, а нормальной сети гидропостов нет. Интересно посмотреть на динамику прироста и прикинуть, реально ли из нее получить полезные данные о гидрографическом режиме. Ну и попутно несколько задач выполнить.

Тут надо сказать, что проблема усыхания донской водной системы известна достаточно широко. Нагляднее всего она описана в репортаже двухлетней давности:

Не полагаясь на телевизор, посмотрим, что пишет об этом академическая наука. Здесь мнения не так однозначны. О собственно усыхании Дона упоминают в своих работах лишь М.С. Григоров и др. (2008), Н. И. Алексеевский и др. (2012), В.В. Зарубин и др. (2016) и Д.В. Гавриловский и др. (2016). Большая часть этих упоминаний косвенная, без пояснений особенностей и масштабов обмеления.

Авторы, непосредственно изучающий донской гидрологический режим скорее склонны говорить не про обмеление, а про изменение сезонности стока (И.И. Зинева в 2009 году и В.А. Дмитриева с коллегами в первой, второй, третьей и сотне других статей). Причем Вера Александровна Дмитриева в работе 2011 года указывает на то, что «на реках бассейна верхнего Дона в 1991-2009 гг. наблюдается сокращение весеннего стока [19.5%], увеличение летнего [7.8%], осеннего [8.1%] и зимнего [3.6%] сезонного стока по сравнению с периодом климатической нормы 1961-1990 гг.». Впрочем, я скептически отношусь к этим цифрам, во-первых из-за их симметричности (если сложить проценты — обнаружим, что сток за двадцать лет не изменился даже на пол-процента), а во-вторых, потому что сама Вера Александровна семь месяцев назад указывала на то, что: «Наряду с нетипичным характером половодья 2016 г. в бассейне Верхнего Дона зачастую отмечаются годы с очень низкой водностью. К таким годам текущего столетия относятся 2010, 2011, 2014, 2015 гг. Среднегодовые расходы воды оказались ниже средних многолетних значений в 2-2,5 раза. Вода во время половодья не выходила из берегов, а в 2014 и 2015 гг. не заполнила русла рек до верхних границ».

В любом случае понятно, что гидрологические проблемы начинаются еще с верховьев Дона. Но максимальную остроту они принимают в нижней, судоходной части реки, отделенной от Среднего Дона Цимлянским водохранилищем. В последнее время без появления проблемы усыхания Цимлы в научной печати года не проходит. В прошлом году об этом писали Ю.М. Косиченко и др., в 2016 — Д.В. Гавриловский и др. и В.В. Зарубин и др., в 2015 — Д.В. Гавриловский и так далее, хотя это далеко не все авторы. Обычно проблемы в этих статьях сводятся к снижению уровня и качества воды, береговой эрозии и массовому размножению сине-зеленых водорослей.

Логично предположить, что проблема обмеления Дона, если таковая существует, должна коснуться не только самой реки, но и всей водной системы вцелом. Здесь все авторы единодушны. Та же Вера Александровна с коллегами и без в 2008 и 2010 и 2016 г.г., а равно А.В. Панин и др. (1997), Князев А.П. и др. (2008), В.Б. Михно и др. (2006) и прочие авторы описывают многочисленные случаи усыхания прудов, обмеления и полного исчезновения малых рек в Ростовской, Воронежской и Волгоградской областях. Подобная ситуация происходит и в степной зоне Краснодарского края (Н.Н. Мамась, 2011).

Наши украинские соседи озабочены проблемой обмеления поверхностных вод в меньшей степени, но и там можно найти аналогичные упоминания, причем как современные, например Г.Я. Дрозд (2017 г.), так и позднесоветского периода (работа Г.А. Черной в 1982 г.). Украинцы выделяют в качестве приоритетной проблемы не столько усыхание водоемов, сколько их загрязнение, причем преимущественно шахтными водами: В.К. Костенко и др. (2006), Е.С. Матлак и др. (2008), И.А. Коршикова (2011). Е.С. Матлак с соавторами приводит любопытный факт того, что: «в Донбассе сложилась парадоксальная ситуация: регион испытывает дефицит питьевой воды, а попутно-добываемые в огромном количестве шахтные воды не используются для его преодоления и вызывают значительные негативные экологические последствия в окружающей гидрографической сети». Впрочем все эти авторы в своих работах указывают на дефицит воды в реках Кальмиус, Миус, Бахмут, Крынка, Соленая, Самара и многих других, не конкретизируя источники такого дефицита.

О причинах этого усыхания толком ничего не известно. Большинство авторов, включая В.А. Дмитриеву прямо или косвенно ссылаются на глобальное потепление. Я полностью согласен, что глобалварм — это новая современная религия и лавкрафтовский НЁК, более того, в недавней истории уже отмечались периоды аридизации, как например, две тысячи лет назад в Танаисе близ будущего Ростова-на-Дону (статья О.С. Хохловой и др. в 2016 г.). Однако, механику обмеления донской водной системы потепление совершенно не проясняет. Особенно, если учесть, что соседняя Волга не только не усыхает, но и напротив, с каждым годом становится все полноводнее (М.С. Григоров и др., 2008 г.). Для справедливости замечу, что последние авторы, одной из причин повышения уровня воды, наряду со СПАВ-загрязнением, называют подпитку Волги донской водой через волгодонский канал.

Еще одним важным суждением против влияния глобального потепления (пусть мы даже примем его реальность), является работа А.В. Панина и др. (1997), который установил, что: «С 17 — начала 19 века (в зависимости от начала массовой распашки земель) по настоящее время отмирание малых рек, достигающее более половины от первоначальной протяженности речной сети, зафиксировано в целом ряде регионов Русской равнины. Интересно отметить, что этот процесс относительно слабо проявляется в гумидной зоне (южная тайга), но в семиаридных (лесостепь, степь), имеет выраженный региональный характер». Авторы, которые объясняют современное усыхание рек глобальным потеплением приводят сравнимые цифры (В.Б. Михно с коллегами в 2006 году ссылается на А.Г. Курдова, согласно которому «из 239 рек (1950 г.) к 1991 году 47 рек перешли в разряд рек с постоянным (эпизодическим) течением, а 120 вообще исчезли»).

До тех пор, как вера в глобальное потепление стала мейнстримом, ислледователи писали так (А.В. Панин и др., 1997): «Отсутствие масштабных климатических изменений в последние 150-200 лет позволило большинству авторов увязывать исчезновение малых рек с антропогенным воздействием на речные водосборы». Собственно это, а конкретнее массовая распашка степи и уничтожение лесов является второй по популярности среди причин массового усыхания донских рек.

Я полагал, что ближе всего к ответу на вопрос о причинах обмеления донской водной системы подошел Фокс Малдер, регулярно заявлявший, что: «истина где-то рядом», чем и поделился с Даниилом. Он выслушал меня, сделал большой глоток пива и неожиданно сказал.

— А давай я с тобой поеду. Ты уже билеты купил? Кинь мне номер поезда, мне нужно только лодку купить, а с работы я уволюсь нахрен.

Собственно, с этого все и началось. Через несколько недель мы уже проверяли снаряжение на Ижоре. Проплывая на новеньких байдарках среди снегов, с трудом верилось в успешность всей запланированной авантюры:
река Ижора

Запись из дневника:

26 апреля 18:54
Пять с половиной часов до отправления, а я уже четвертый час перекладываю вещи в рюкзаке. Вещей не просто много — их слишком много. Я цепляю к большому рюкзаку рюкзак поменьше, но все-равно половина барахла не влезает. Чертовски злит. Что за хрень? Где я прежний, которому для готовности к любой, самой дальней поездке достаточно было только носки в карманы засунуть? А к черту все! Отстегиваю маленький рюкзак. Все что не влезет, то лишнее. Что там у нас? Тент три на три? Тоже мне фифа — к чертям его, будет дождь — укроешься дождевиком, не сахарный. Меховые вкладки от сапог на случай холодной погоды? — в топку! Натянешь лишнюю пару носков. Жидкость для розжига? Что? Откуда у меня взялась жидкость для розжига? Все вон. Оставляю только оборудование, лодку, снасти, перекись водорода и часть одежды.

В Москве снег сменился дождем и ничто не мешало людям стоять раком перед центральным домом предпринимателя
Дом предпринимателей в Москв

Запись из дневника:

27 апреля 11:34
Всего несколько часов в Москве, а я уже все эти собянинские ремонты тротуаров в гробу видал

Выйдя из поезда в Чертково мы попали в настоящее лето:
Вокзал в Чертково

Чертково — приграничный гоород. Настолько приграничный, что половина путей на железнодорожном вокзале принадлежит другому государству. Вы просто поднимаетесь на виадук и выбираете страну в которую хотите отправиться. Впрочем, выбор небогатый:
Государственная граница в России и Украине

Мы выбрали Россию и нас тут же остановил пузатый прапорщик полиции в черной куртке.
— Добрый день, ваши документы. Куда направляетесь.
— Добрый день, в хутор Ботановский, экспедиция, обследование реки Чир.

А командировки-то, которые я заранее заготовил так и остались неподписанными, поскольку кроме карандашей у нас с собой ничего пишущего не оказалось (а нахрена оно нам в поле?). Прапор скептически посмотрел на нас, на документы и проводил через особый выход «для своих», что позволило нам избежать здоровенной очереди на спуске с моста.

Эх, если бы это была последняя встреча с полицией в этой поездке. Но кто-же знал, что нам месяц предстоит просвещать ростовских и волгоградских ментов на темы русловой динамики, гидрологии, ботаники и охраны окружающей среды.

Мы попрощались с ментом и как-то сразу все пошло через жопу. Не поели, как хотели, не пополнили запасы в дорогу и не обновили счета на телефонах. Просто зашли в контейнерную будку у железнодорожной станции в попытке ответить на старый вопрос: «Как доехать в хутор Ботановский?«.
Расписание автобусов в Чертково

До ближайшего автобуса на хутор Артамошкин была еще уйма времени, а от Артамошкина предстояло идти пешком еще около десяти километров. Поэтому мы просто договорились с таксистом на убитой шестерке. Прямо тут же, напротив вокзала.

— Ботановский? Где это?
— Это километров десять от Артамошкина.
— Я до Артамошкина не доезжал ни разу. До туда стоит — он достал потрепанный журнал совкового вида — до Артамошкина тысяча двести. До Ботановского тогда давайте тысячу четыреста рублей, только на заправку заедем. Дорогу покажешь?

Ехали около часа под русский рэп, вороваек и Долорес О’Риордан. Водитель высадил нас на разбитой обочине у придорожной канавы.

— Ну вы звоните, если что, вдруг вас забрать потребуется
— Нет. Не потребуется.
— Ну-ну — И захлопнув разболтанную дверь уехал.

Перед нами лежал хутор Ботановский. Явно не заброшенный, но все-равно глухомань.
хутор Ботановский

Людей нет. Звуков техники нет. Только шелест поздней весны. Мы присели на дорожку перед бетонным трубопереездом.

— Тут как в Новгороде все. Трава такая-же. И деревня такая-же — прервал молчание Даниил.

Все вокруг шевелилось и прорастало. Теплый умеренный ветер безуспешно пытался зацепиться за безоблачное небо. Мы сидели с четверть часа, но цивилизация так ничем себя и не выдала.

— Ну что, пойдем?
— Пойдем, хрена ли тут сидеть. Нам туда.

Геологический молоток

Основы панка. Эпилог

Никогда не мог понять, почему все автомагнитолы, даже дорогие, непременно выпускают с дисплеями, на которых совершенно невозможно что-то прочесть. Особенно, когда вы трясетесь в буханке по пути из Соанлахти в Суйстамо. Выводить читаемый текст на экран — не самая главная задача автомобильного магнитофона, но нельзя же настолько говено работать со шрифтами, что за два месяца поездок я лишь в последнюю неделю понял, что весь дорожный репертуар наших водителей, от Шафутинского до Оззи Озборна не назывался «Основы панка», а просто хранился в корне флешки и в обоих уазиках высвечивался как «Основн. папка». Но в тот момент озарения мне было не до магнитол. Мы третий раз ехали по одной и той-же дороге, пытаясь сопоставить слова проводника с наблюдаемой действительностью

— Тут пляж был, я помню. К нему еще дорога направо отходила. Мы в восемьдесят шестом году здесь работали — по этой дороге к воде выезжали.

Проводником был главный геолог. В семидесятых-восьмидесятых он изъездил эти места с буровыми, поэтому после его приезда наши маршруты стали строится с учетом посещения мест боевой славы. К несчастью, многие места за эти годы абсолютно заросли и опознаванию не поддавались. Поэтому каждой тропинке, повороту и развалинам избы сопутствовала однотипная реплика.

— Вроде она. Хотя может и не она.

Конечно, это было не так интересно, как за месяц до этого объезжать старые обнажения на которых геологи забыли отобрать образцы с пробами. Вообще-то геолог, который забыл отобрать образец выглядит, мягко говоря, некомпетентно. Но в работе, особенно полевой, всякое может произойти. Особенно, когда на описанных обнажениях находишь пустую бутылку, бульбулятор и потерянный носок.

Но мало отобрать образцы. Их еще нужно довезти и не потерять по дороге. Собственно с пробой на возраст из обнажения габбро в Харлу так и сделали, причем дважды. Поэтому, когда появилась решимость на третью попытку, я — нечаянный участник происходящего, ощущал полную причастность к истории отечественного геологического распиздяйства. Благо место отбора было заранее известно.

— Там от канавы за полем тропинка шла, мы по ней в восемьдесят седьмом году пробирались.

Ну, епта, конечно, в Карелии же все тропинки под охраной Юнеско с восемьдесят седьмого года. Но спустя несколько часов мы смогли найти искомый выход — заглаженный склон под сплошным покровом плевроциума, который удалось найти только благодаря вываленной недавним ветровалом елке.

Отбор пробы на возраст из заглаженного обнажения габбро — самая злоебучая хуета из всех. Хуже этого, только забивать базу полевых наблюдений, которую в акцессе спроектировал садист с явными признаками обсессивно-компульсивного расстройства — при каждом новом вводе вам необходимо заполнять около десятка совершенно одинаковых граф, причем автоматизировать этот процесс невозможно. Но геологи — люди терпеливые.

Как отличить настоящего геолога? Есть три явных признака, которые однозначно об этом свидетельствуют. Во-первых, геолог всегда вместо слова «ареал» говорит «ореол» (даже если речь идет про ареал в биологии). Во-вторых, вместо слова «вкрапления» он всегда говорит «вкрапленники», поясняя это тем, что «вкрапления» — это не внешний вид, а процесс.
Ставролит

А в-третьих, если дать геологу камень и спросить что-это, он будет пол-часа вертеть его в руках и рассматривать под лупой, назовет с десяток терминов (хлоритизированный биотитизированный будинизированный кливаж метосоматической хуеты) а после признается, что для ответа ему необходимо сделать шлиф, аншлиф, силикатный и атомно-абсорбционный анализ.

Но несмотря на все это — геологи продолжают оставаться таковыми даже после окончания маршрутного дня. Этот факт стал самым приятным и неожиданным открытием. Полевая геология — это не набор умений по описанию найденных камней. Прежде всего — это умение видеть в незначительных особенностях образца механику геологических процессов, создавших его таковым и историю развития нашей планеты, пусть и в очень локальном ее участке. Видимо поэтому, геолог не сводит любой разговор к политоте и констатации факта того, что «эти пидоры все украли», как делают остальные. Скорее он весь вечер будет переходить от рассказа о том как спьяну накинул петлю на переплывающего реку оленя к рассказу про альбитизацию в гранитах. А за это им можно простить любые недостатки.